과학자들이 양자 컴퓨팅을 발전시킬 수 있는 새로운 발견에 도달했다

도에能源부와 로렌스 버클리 국립 연구소의 과학자들은 양자 컴퓨터와 고온 초전도체 분야를 발전시킬 수 있는 예상치 못한 발견을 했다. 연구 팀은 양자 스핀 액체(QSL)의 전자 입자에 대한 가장 분명한 이미지를 얻었다. QSL은 과학자들이 아직 잘 모르는 자기 상태이다.

이 연구는 Nature Physics 저널에 발표되었다.

연구 팀은 QSL에서 스핀온과 차지온으로 분해되는 전자의 이미지를 처음으로 획득했다.

마이크 크롬미는 연구 책임자이자 로렌스 버클리 국립 연구소의 고위 연구원이며 UC의 물리학 교수이다.

성관 모는 공동 저자이자 버클리 연구소의 고급 광원 연구소의 연구원이다.

“스핀온은 유령 입자와 같다.它们는 양자 물리학의 빅풋과 같다. 사람들이 그것들을 본 적이 있다고 nói하지만, 그것들이 존재한다는 것을 증명하기는 어렵다”라고 모는 말했다. “우리의 방법으로 우리는 지금까지 최고의 증거를 제공했다.”

스핀온을 감지하는 방법

스핀온은 QSL에서 자유롭게 이동하며 열과 스핀을 전달한다. 그러나它们는 전기적 충전을 갖지 않는다. 연구자들은 전통적으로 스핀온을 감지하기 위해 열 신호를 찾는 기술에 의존해왔다.

연구 팀은 물질 내에서 스핀온이 분포되는 방식을 직접 관찰함으로써 QSL에서 스핀온을 특성화하는 방법을 보여주었다.

연구 팀은 탄탈럼 디셀레나이드의 단일층 샘플을 3개의 원자로 성장시켰다. 이 물질은 전이 금속 디칼코게나이드(TMDC)라고 불리는 물질의 클래스에 속한다.

연구 팀은 샘플을 ASL에서 생성된 X선을 사용하는 기술인 각도 분해 광전자 분광법으로 특성화했다.

크롬미 연구소의 연구자들은 스캔 터널링 현미경(STM)을 사용하여 탄탈럼 디셀레나이드 샘플에 전자를 주입했다.

연구자들은 스캔 터널링 분광법(STS)을 사용하여 이미지를 얻었다. 이는 특정 에너지에서 입자가 어떻게 배열되는지 측정하는 이미징 기술이다. 연구 팀은 물질의 표면을 덮은 파장보다 큰 파동의 층을 발견했다.

“우리가 본 긴 파장은 어떤 알려진 크리스탈 행동에도 해당하지 않았다”고 크롬미는 말했다. “우리는 오랫동안 우리의 머리를 긁었다. 무엇이 이러한 긴 파장의 변동을 일으킬 수 있는가? 우리는 하나씩 일반적인 설명을 제거했다. 우리는 스핀온 유령 입자의 서명의 것이었다는 것을 알지 못했다.”

MIT의 이론적 협력자에게 연락한 후, 연구자들은 STM의 팁에서 QSL로 전자가 주입될 때, 그것이 QSL 내에서 두 부분으로 분해된다는 것을 발견했다. 이러한 두 부분은 스핀온과 차지온이다. 이는 QSL에서 스핀과 충전이 서로 상호작용하는 방식의 결과이다. 스핀온은 별도로 스핀을 전달하며, 차지온은 별도로 전기적 충전을 전달한다.

“외체 경험”

STM/STS 이미지는 차지온이 고정되어 별의 다비드 충전 밀도 파동을 형성하는 것을 보여주었다.同時에, 스핀온은 차지온에서 분리되어 물질 내에서 자유롭게 이동한다.

“이것은 비정상적인데, 일반적인 물질에서는 전자가 스핀과 충전을 하나의 입자로 결합하여 이동한다”고 크롬미는 말했다. “그들은 일반적으로 이러한 이상한 방식으로 분리되지 않는다.”

크롬미는 또한 QSL이 강력한 양자 비트 또는 큐비트의 기초를 형성할 수 있다고 말했다. 큐비트는 양자 컴퓨팅의 기본 빌딩 블록이다. 일반적인 컴퓨팅은 0 또는 1로 정보를 인코딩하지만, 큐비트는 동시에 두 값을 보유할 수 있다. 이것은 훨씬 빠른 계산을 가능하게 한다. QSL에서 스핀온과 차지온의 행동을 이해함으로써, 과학자들은 이를 다음 세대의 컴퓨팅을 발전시키는 데 사용할 수 있다.

과학자들은 또한 QSL에 대한 더 깊은 통찰력을 얻음으로써, 그들이 이질적인 초전도체의 전구체가 될 수 있다고 말했다. 크롬미는 ALS에서 예측을 테스트할 것이다.

“이 주제의 일부는 QSL 내의 모든 복잡한 상호작용이 어떻게 결합되어 단순한 유령 입자가 크리스탈 내에서 단순히 반弹하는지에 대한 것이다”라고 그는 말했다. “이 행동을 보는 것은 khá 놀라웠다. 특히 우리는 그것을 찾고 있지 않았기 때문이다.”